Ртутно-цинковые элементы
Министерство Образования
Российской Федерации
Камский Государственный
Политехнический Институт
Кафедра Э и Э
Реферат.
на тему: Ртутно-цинковые аккумуляторы.
Выполнил ст. гр. 2410
Мансуров. Р.
Проверил профессор
Обухов С. Г.
Набережные Челны 2003 г.
Содержание. стр.
Введение__________________________________________3
Ртутно-цинковые аккумуляторы______________________4
Теория____________________________________________4
Устройство дискового элемента_____________________5
Характеристики____________________________________7
Перезаряжаемые элементы___________________________9
Технические характеристики_______________________10
ХИТ производственного назначения ртутно-цинковой системы (Hg-
Zn)______________________________________12
Ртутно-цинковые элементы и батареи________________13
Список используемой литературы____________________14
Введение.
Ртутно-цинковые элементы питания используются для автономного питания в
контрольно-измерительных приборах, дозиметрической аппаратуре,
регистрирующих измерителях напряжения, слуховых аппаратах, часах, системах
противопожарной сигнализации, геофизических устройствах.
Особенности:
. стабильное напряжение;
. миниатюрность;
. высокие разрядные токи;
Источникам данной системы не требуется время для "отдыха", элементы
прекрасно работают и в прерывистом и в непрерывистом режиме.
Кроме того, элементы обладают устойчивостью к коррозии и к высокой
относительной влажности в процессе длительного срока хранения.
Электрохимическая система: цинк-окись ртути-гидрат окиси натрия. Имеют
высокие энергетические показатели, характеризуются практически плоской
кривой разряда, но работоспособны только при положительных температурах
(0...50°C). При малых токах разряда и стабильной температуре напряжение на
элементе остается почти неизменным. Практически не имеют газовыделения. Из-
за наличия ртути экологически вредны и к применению не рекомендуются. Из-
за "ползучести" электролита могут иметь небольшой беловатый налёт соли
(карбоната) на уплотнительном кольце.
Основные области использования: фотоэкспонометры, фотоаппараты,
измерительные приборы, слуховые аппараты, электронные наручные часы (как
правило, устаревшие модели).
Срок хранения до начала эксплуатации не более 1...1,5 лет.
Ртутно-цинковые аккумуляторы.
Среди щелочных первичных элементов с цинковым анодом ртутно-цинковые
элементы (РЦЭ) в некотором роде противоположны медно-цинковым. Они
выпускаются в виде герметичных элементов малой емкости - от 0,05 до 15 А·ч.
В них используется ограниченный объем электролита [около 1 мл/(А·ч)],
находящегося в пористой матрице; вследствие этого цинковый электрод
работает только на вторичном процессе.
Современные РЦЭ были разработаны С. Рубеном в США в начале 40-х годов
нашего века. Благодаря высокой эффективности предложенной им конструкции
«пуговичных» (дисковых) элементов широкое производство таких элементов было
налажено в США еще в годы второй мировой войны, а в, других странах—после
войны.
Теория.
Основу РЦЭ составляет электрохимическая система Zn|KOH|HgO. Конечным
продуктов разряда является оксид цинка. Разряд оксида ртути описывается
реакцией
HgO+Н20+2е-(Hg+2ОН-.
В начале разряда на потенциальной кривой Е+-? наблюдается
кратковременный спад потенциала, что вызвано кристаллизационной
поляризацией при образовании первых микро капель ртути. В дальнейшем
катодный потенциал сохраняет стабильность почти до конца разряда, поскольку
поляризация мала, а омические потери напряжения в активной массе по мере
перехода оксида ртути в металлическую ртуть снижаются.
Элемент должен сохранять герметичность в течение нескольких лет,
поэтому скорость саморазряда должна быть настолько малой, чтобы не
создавалось избыточное давление, способное разгерметизировать элемент. Для
снижения скорости саморазряда цинкового анода принимают следующие меры:
используют особо чистый цинк; с целью резкого повышения водородного
перенапряжения цинк обильно амальгамируют; подавляют выделение водорода
на поверхности других металлов, контактирующих с цинковым анодом; в
качестве электролита используют раствор КОН высокой концентрации, который
предварительно насыщают цинкатом калия; структуру активной массы
отрицательного электрода создают достаточно грубодисперсной, для этого
применяют цинковые опилки или цинковый порошок крупных фракций.
Устройство дискового элемента.
Рис.1. Устройство ртутно-цинкового элемента: 1 - крышка (отрицательный
полюс); 2 - цинковый электрод; 3 - резиновое уплотнительное кольцо; 4 -
бумага, пропитанная электролитом; 5 - ртутний электрод; 6 - корпус
(положительный полюс).
Положительный электрод представляет собой активную массу 5,
впрессованную в стальной корпус 6. Активная масса состоит из
тонкокристаллического красного оксида ртути, в который добавлены графит и
дубитель БНФ. Малозольный мелкомолотый графит повышенной чистоты служит
токопроводящей добавкой. Диспергатор дубитель БНФ как органическое
поверхностно-активное вещество адсорбируется на ртути, препятствуя
образованию крупных капель металла. В результате диспергированная ртуть
равномерно распределяется в объеме электрода, повышая его электрическую
проводимость и обеспечивая высокий коэффициент использования. Кроме того,
крупные капли ртути, попав в межэлектродное пространство, способны вызвать
короткое замыкание и вывести элемент из строя.
Корпус, в который впрессована активная оксидно-ртутная масса, служит
одновременно каркасом электрода и положительным токоотводом. Он отштампован
из стальной ленты толщиной 0.3—0.4 мм и защищен от коррозии
электролитическим никелем.
Отрицательным электродом является стальная крышка 1, в которую
запрессована активная масса 2—цинковые опилки, благодаря чему электрод
обладает необходимой прочностью. Для борьбы с саморазрядом цинк
амальгамируют, содержание ртути в активной массе достигает 10%. Как и
корпус, крышка кроме своего прямого назначения выполняет функции каркаса
электрода и токоотвода. Важную роль играет компактное и достаточно толстое
(около 20 мкм) оловянное покрытие, которое служит для защиты стальной
поверхности крышки от коррозии, и препятствует саморазряду цинка, поскольку
перенапряжение выделения водорода на железе гораздо ниже, чем на
амальгамированном олове.
Не смотря на то, что оксид ртути значительно дороже чем цинка,
оксиднортутная активная масса берется в избытке, и по этому емкость
элемента лимитируется цинковым электродом. Если бы емкость ограничивалось
положительным электродом, то вслед за зарядом HgO на никелированной
поверхности корпуса начался бы процесс разрядки молекул воды с образованием
водорода. Вероятность разрушения элемента и вытекания ртути при этом весьма
велика.
В РЦ элементах в качестве электролита используют раствор КОН высокой
степени чистоты, в который предварительно вводят оксид цинка для
образования цинката калия. Иногда в раствор добавляют диоксид кремния, что
замедляет старение электролита, препятствует преждевременному распадению
тетрагидроксоцинката. Электролит пропитывает электродные активные массы и
сепаратор-диафрагму. Диафрагма 9 состоит из 2-4 слоев щелочестойкой
хлопковой бумаги, обладающей высокой пористостью и гидрофильностью,
впитывающей до восьмикратного объема электролита, плотно заполняя все
межэлектродное пространство.
Герметизация элемента осуществляется с помощью резинового или
пластмассового кольца 3, которое является одновременно и изолятором между
электродами. Давление водорода из-за малого самозаряда повышается медленно,
однако и оно способно со временем разгерметировать элемент. При завальцовке
корпуса обеспечивают такое сжатие резины, чтобы исключить вытекание
электролита и в то же время дать возможность водороду медленно
диффундировать в атмосферу.
Ртутно-цинковые элементы используют не только индивидуально, но и в
составе батарей. Для этого их комплектуют в секции по 2-10 шт., соединяя
последовательно с помощью никелевой ленты. Корпусом секции служит трубка из
многослойной полимерной пленки.
Характеристики.
Габариты, масса и емкость наиболее распространенных РЦ элементов
согласно ГОСТ 12537-76 представлены в табл.1.
Таблица 1
|Обозначение |Размеры, мм |Масса, г |Номинальная емкость,|
|элемента | | |А.ч |
| |диаметр |высота | | |
|РЦ53 |15,6 |6,3 |4,6 |0,3 |
|РЦ55 |15,6 |12,5 |9,5 |0,55 |
|РЦ63 |21,0 |7,4 |11,0 |0,65 |
|РЦ65 |21,0 |13,0 |18,1 |1,1 |
|РЦ73 |25,0 |8,4 |17,2 |1,1 |
|РЦ75 |25,5 |13,5 |27,3 |1,8 |
|РЦ83 |30,1 |9,4 |28,2 |1,8 |
|РЦ85 |30,1 |14,0 |39,5 |2,8 |
Номинальная емкость РЦ элементов равна емкости при I100 мА и 20єС или
(разрядное напряжения в 1,0 В). При 50єС емкость близка к максимально
допустимой и коэффициент использования цинка достигает 100%, при 20єС – к
90% и при 0єС – к 30%. В конце двух-, трехгодичного срока хранения емкость
должна быть не ниже 0.9 СНОМ.
Напряжение разомкнутой цепи РЦ элементов составляет 1,35 В при 250С и
при снижении температуры уменьшается незначительно.
Типичные разрядные кривые ртутно-цинковых элементов представлены на
рис.2. Элементы отличаются хорошей стабильностью напряжения в течении
большей части разряда , что для ряда областей применения является
существенным фактором. Разряд ведется до конечного напряжения 0,9-1,1 В (в
зависимости от тока); дальше напряжение резко падает. В элементах
используются сравнительно толстые электроды с большой емкостью на единицу
поверхности. Поэтому заметное снижение емкости начинается уже при разряде
токами, соответствующими jp>0.02(при плотностях тока больше 100А/м2). В
связи с этим элементы предназначены для разряда в основном малыми и
средними токами(jp=